基于ARM與DSP的智能監控終端的研究與設計

信科

摘要：在現代數字信號處理技術和人工智能技術的巨大推動下，目前的監控系統已經發展到了智能化的階段，基于這種應用背景，對比當前市場上智能終端的優缺點，設計了一款基于ARM與DSP的嵌入式監控終端，給出了系統的軟硬件架構設計和具體的硬件電路。在組網選擇上，本終端采用目前主流的3G技術，完成了無線傳輸程序的開發與設計。此終端不僅能夠采集視頻數據進行無線傳輸，其中的DSP芯片還能對視頻中的數據進行智能分析，可以對所監控的對象進行異常報警和事后取證，基本滿足了智能化的要求，并且所開發的智能算法可以無縫移植到其他系統中，對此類開發具有一定的指導意義。

關鍵詞：人工智能 ARM DSP 智能終端 無縫移植

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0087-01

隨著人工智能和嵌入式技術的發展，在監控領域出現了很多的監控終端。比如以ARM為核心的監控終端，以ARM加專用視頻處理芯片的監控終端，這些監控終端的出現大大促進了監控技術的發展和應用，但是這些終端都有著不可避免的缺點和不足。以ARM為中心的監控終端雖然價格相對便宜一些，但是系統只能夠采集數據，在事先預警和事后取證方面都有些不足；以ARM加專用視頻處理芯片的方式做設計的終端雖然在一定程度上彌足預警和事后取證，但是專用芯片價格昂貴成本較高，加上報警算法都是集成的，可移植性極差，針對以上弊端，本文設計了以ARM與DSP為核心的智能終端，不僅能夠做到事先預警和事后取證，并且針對DSP開發的報警算法可以做到無縫移植。

1 系統的整體架構設計

本文所設計的嵌入式視頻監控終端主要由以下模塊組成：電源模塊、視頻采集DSP模塊、ARM中心控制模塊和無線傳輸模塊。視頻采集模塊主要完成模擬數據的采集，并且把模擬數據轉化成數字信號，完成A/D轉換；視頻處理DSP模塊主要完成視頻數據的H.264編碼和視頻數據智能處理；ARM中心處理器對各個模塊進行控制，配置和協調，是整個系統的心臟，同時完成各種協議的封裝和預處理；無線傳輸模塊負責無線線路的構建，傳輸和維護，將視頻數據經過無線網絡傳輸到因特網，同時接收監控系統后臺傳來的控制指令。

2 ARM中心控制模塊以及外圍電路設計

2.1 電路模塊設計

電源是嵌入式視頻監控終端設計中的重要組成部分，一個優秀的電源模塊對可靠性和穩定性要求是非常高的。本系統設計所需要的電壓有5v，3.3v，1.8V，2.5v四種。電源模塊主要由去耦電容系列、整流橋系列、三端穩壓器系列、和非線性電源FAN1117系列組成。其中三端穩壓器是固定電壓輸出的集成三端電壓穩壓器；FAN1117是非線性差電壓調節器系列；去耦電容一般是采用鉭電容系列對電源進行濾波。本終端在實際設計過程中主要由FAN1117系列芯片實現可以5v到其他電壓的轉換。

2.2 ARM與DSP接口電路設計

本文中央微控制器采用集通公司生產的針對網絡監控的SL3512，它采用ARM92OTARMThumb處理器構建的16/32位RISC嵌入式處理器，處理器內核是FA526，具有豐富的系統外設、應用外設及標準的接口，為低功耗、低成本、高性能的網絡視頻監控提供了一個很好的解決方案。DSP芯片采用TI公司生產的TMS320C32，能工作在60MHz的時鐘頻率下，指令運行速度達到60 MFLOPS，是性價比很高的浮點處理器，有著廣泛的應用。在此設計中主要完成視頻數據的H.264壓縮和視頻數據的智能處理，它通過PCI即外圍設備互聯總線接口與中心控制芯片進行連接。

2.3 時鐘模塊設計

SL3512芯片需要兩路時鐘輸入，一個是系統的RTC實時時鐘，另外一個是CPU工作所需要的系統時鐘。對于實時時鐘，外接一個32.768KHZ的標準晶振；對于系統時鐘，外接一個60MHZ的高精度晶體，經3512內部鎖相環倍頻后，為系統提供高達203MHz的工作頻率和48MHz的USB主/從口工作頻率。

3 軟件整體架構設計

本終端基于linux操作系統做軟件研發，主要做了二部分的工作，PCI接口驅動程序開發，以及基于socket套接字的網絡程序開發。

3.1 PCI接口驅動程序的開發

Linux操作系統下驅動程序的開發原理主要是完成文件結構體中幾個控制函數的編寫，在本終端中主要完成了對PCI接口讀寫操作和控制的函數，依次定義為DVS_PCI write（）、DVS_PCI read（）、DVS_PCI ioctl（）、DVS_PCI request_irq（）。函數DVS_PCI write（）主要完成控制器SL3512對DSP視頻數據的寫入操作。函數DVS_PCI read（）主要完成把SL3512的數據傳遞給視頻處理芯片DSP，完成讀操作。DVS_PCI ioctl（）函數主要完成對DSP芯片總線的控制和寄存器的配置等控制性的命令。DVS_PCI request_irq（）函數的編寫，主要來處理DSP芯片的各種中斷請求。

3.2 基于套接字的網絡程序開發

這一部分的實現是嵌入式視頻監控終端實現傳輸的很重要的一部分，主要原理是基于socket套接字來完成的。Linux操作系統提供了很多函數對套接字進行操作，因此網絡編程就是基于這些函數的，具體的實現流程如下圖1所示。

參考文獻

[1]郭鑫.應用3G網絡的配變監控系統的設計開發[D].山東大學，2010.

[2]吳愛軍.用于智能交通管理的無線視頻監控系統的研究[D].中南大學，2010.endprint

摘要：在現代數字信號處理技術和人工智能技術的巨大推動下，目前的監控系統已經發展到了智能化的階段，基于這種應用背景，對比當前市場上智能終端的優缺點，設計了一款基于ARM與DSP的嵌入式監控終端，給出了系統的軟硬件架構設計和具體的硬件電路。在組網選擇上，本終端采用目前主流的3G技術，完成了無線傳輸程序的開發與設計。此終端不僅能夠采集視頻數據進行無線傳輸，其中的DSP芯片還能對視頻中的數據進行智能分析，可以對所監控的對象進行異常報警和事后取證，基本滿足了智能化的要求，并且所開發的智能算法可以無縫移植到其他系統中，對此類開發具有一定的指導意義。

關鍵詞：人工智能 ARM DSP 智能終端 無縫移植

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0087-01

隨著人工智能和嵌入式技術的發展，在監控領域出現了很多的監控終端。比如以ARM為核心的監控終端，以ARM加專用視頻處理芯片的監控終端，這些監控終端的出現大大促進了監控技術的發展和應用，但是這些終端都有著不可避免的缺點和不足。以ARM為中心的監控終端雖然價格相對便宜一些，但是系統只能夠采集數據，在事先預警和事后取證方面都有些不足；以ARM加專用視頻處理芯片的方式做設計的終端雖然在一定程度上彌足預警和事后取證，但是專用芯片價格昂貴成本較高，加上報警算法都是集成的，可移植性極差，針對以上弊端，本文設計了以ARM與DSP為核心的智能終端，不僅能夠做到事先預警和事后取證，并且針對DSP開發的報警算法可以做到無縫移植。

1 系統的整體架構設計

本文所設計的嵌入式視頻監控終端主要由以下模塊組成：電源模塊、視頻采集DSP模塊、ARM中心控制模塊和無線傳輸模塊。視頻采集模塊主要完成模擬數據的采集，并且把模擬數據轉化成數字信號，完成A/D轉換；視頻處理DSP模塊主要完成視頻數據的H.264編碼和視頻數據智能處理；ARM中心處理器對各個模塊進行控制，配置和協調，是整個系統的心臟，同時完成各種協議的封裝和預處理；無線傳輸模塊負責無線線路的構建，傳輸和維護，將視頻數據經過無線網絡傳輸到因特網，同時接收監控系統后臺傳來的控制指令。

2 ARM中心控制模塊以及外圍電路設計

2.1 電路模塊設計

電源是嵌入式視頻監控終端設計中的重要組成部分，一個優秀的電源模塊對可靠性和穩定性要求是非常高的。本系統設計所需要的電壓有5v，3.3v，1.8V，2.5v四種。電源模塊主要由去耦電容系列、整流橋系列、三端穩壓器系列、和非線性電源FAN1117系列組成。其中三端穩壓器是固定電壓輸出的集成三端電壓穩壓器；FAN1117是非線性差電壓調節器系列；去耦電容一般是采用鉭電容系列對電源進行濾波。本終端在實際設計過程中主要由FAN1117系列芯片實現可以5v到其他電壓的轉換。

2.2 ARM與DSP接口電路設計

本文中央微控制器采用集通公司生產的針對網絡監控的SL3512，它采用ARM92OTARMThumb處理器構建的16/32位RISC嵌入式處理器，處理器內核是FA526，具有豐富的系統外設、應用外設及標準的接口，為低功耗、低成本、高性能的網絡視頻監控提供了一個很好的解決方案。DSP芯片采用TI公司生產的TMS320C32，能工作在60MHz的時鐘頻率下，指令運行速度達到60 MFLOPS，是性價比很高的浮點處理器，有著廣泛的應用。在此設計中主要完成視頻數據的H.264壓縮和視頻數據的智能處理，它通過PCI即外圍設備互聯總線接口與中心控制芯片進行連接。

2.3 時鐘模塊設計

SL3512芯片需要兩路時鐘輸入，一個是系統的RTC實時時鐘，另外一個是CPU工作所需要的系統時鐘。對于實時時鐘，外接一個32.768KHZ的標準晶振；對于系統時鐘，外接一個60MHZ的高精度晶體，經3512內部鎖相環倍頻后，為系統提供高達203MHz的工作頻率和48MHz的USB主/從口工作頻率。

3 軟件整體架構設計

本終端基于linux操作系統做軟件研發，主要做了二部分的工作，PCI接口驅動程序開發，以及基于socket套接字的網絡程序開發。

3.1 PCI接口驅動程序的開發

Linux操作系統下驅動程序的開發原理主要是完成文件結構體中幾個控制函數的編寫，在本終端中主要完成了對PCI接口讀寫操作和控制的函數，依次定義為DVS_PCI write（）、DVS_PCI read（）、DVS_PCI ioctl（）、DVS_PCI request_irq（）。函數DVS_PCI write（）主要完成控制器SL3512對DSP視頻數據的寫入操作。函數DVS_PCI read（）主要完成把SL3512的數據傳遞給視頻處理芯片DSP，完成讀操作。DVS_PCI ioctl（）函數主要完成對DSP芯片總線的控制和寄存器的配置等控制性的命令。DVS_PCI request_irq（）函數的編寫，主要來處理DSP芯片的各種中斷請求。

3.2 基于套接字的網絡程序開發

這一部分的實現是嵌入式視頻監控終端實現傳輸的很重要的一部分，主要原理是基于socket套接字來完成的。Linux操作系統提供了很多函數對套接字進行操作，因此網絡編程就是基于這些函數的，具體的實現流程如下圖1所示。

參考文獻

[1]郭鑫.應用3G網絡的配變監控系統的設計開發[D].山東大學，2010.

[2]吳愛軍.用于智能交通管理的無線視頻監控系統的研究[D].中南大學，2010.endprint

摘要：在現代數字信號處理技術和人工智能技術的巨大推動下，目前的監控系統已經發展到了智能化的階段，基于這種應用背景，對比當前市場上智能終端的優缺點，設計了一款基于ARM與DSP的嵌入式監控終端，給出了系統的軟硬件架構設計和具體的硬件電路。在組網選擇上，本終端采用目前主流的3G技術，完成了無線傳輸程序的開發與設計。此終端不僅能夠采集視頻數據進行無線傳輸，其中的DSP芯片還能對視頻中的數據進行智能分析，可以對所監控的對象進行異常報警和事后取證，基本滿足了智能化的要求，并且所開發的智能算法可以無縫移植到其他系統中，對此類開發具有一定的指導意義。

關鍵詞：人工智能 ARM DSP 智能終端 無縫移植

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0087-01

隨著人工智能和嵌入式技術的發展，在監控領域出現了很多的監控終端。比如以ARM為核心的監控終端，以ARM加專用視頻處理芯片的監控終端，這些監控終端的出現大大促進了監控技術的發展和應用，但是這些終端都有著不可避免的缺點和不足。以ARM為中心的監控終端雖然價格相對便宜一些，但是系統只能夠采集數據，在事先預警和事后取證方面都有些不足；以ARM加專用視頻處理芯片的方式做設計的終端雖然在一定程度上彌足預警和事后取證，但是專用芯片價格昂貴成本較高，加上報警算法都是集成的，可移植性極差，針對以上弊端，本文設計了以ARM與DSP為核心的智能終端，不僅能夠做到事先預警和事后取證，并且針對DSP開發的報警算法可以做到無縫移植。

1 系統的整體架構設計

本文所設計的嵌入式視頻監控終端主要由以下模塊組成：電源模塊、視頻采集DSP模塊、ARM中心控制模塊和無線傳輸模塊。視頻采集模塊主要完成模擬數據的采集，并且把模擬數據轉化成數字信號，完成A/D轉換；視頻處理DSP模塊主要完成視頻數據的H.264編碼和視頻數據智能處理；ARM中心處理器對各個模塊進行控制，配置和協調，是整個系統的心臟，同時完成各種協議的封裝和預處理；無線傳輸模塊負責無線線路的構建，傳輸和維護，將視頻數據經過無線網絡傳輸到因特網，同時接收監控系統后臺傳來的控制指令。

2 ARM中心控制模塊以及外圍電路設計

2.1 電路模塊設計

電源是嵌入式視頻監控終端設計中的重要組成部分，一個優秀的電源模塊對可靠性和穩定性要求是非常高的。本系統設計所需要的電壓有5v，3.3v，1.8V，2.5v四種。電源模塊主要由去耦電容系列、整流橋系列、三端穩壓器系列、和非線性電源FAN1117系列組成。其中三端穩壓器是固定電壓輸出的集成三端電壓穩壓器；FAN1117是非線性差電壓調節器系列；去耦電容一般是采用鉭電容系列對電源進行濾波。本終端在實際設計過程中主要由FAN1117系列芯片實現可以5v到其他電壓的轉換。

2.2 ARM與DSP接口電路設計

本文中央微控制器采用集通公司生產的針對網絡監控的SL3512，它采用ARM92OTARMThumb處理器構建的16/32位RISC嵌入式處理器，處理器內核是FA526，具有豐富的系統外設、應用外設及標準的接口，為低功耗、低成本、高性能的網絡視頻監控提供了一個很好的解決方案。DSP芯片采用TI公司生產的TMS320C32，能工作在60MHz的時鐘頻率下，指令運行速度達到60 MFLOPS，是性價比很高的浮點處理器，有著廣泛的應用。在此設計中主要完成視頻數據的H.264壓縮和視頻數據的智能處理，它通過PCI即外圍設備互聯總線接口與中心控制芯片進行連接。

2.3 時鐘模塊設計

SL3512芯片需要兩路時鐘輸入，一個是系統的RTC實時時鐘，另外一個是CPU工作所需要的系統時鐘。對于實時時鐘，外接一個32.768KHZ的標準晶振；對于系統時鐘，外接一個60MHZ的高精度晶體，經3512內部鎖相環倍頻后，為系統提供高達203MHz的工作頻率和48MHz的USB主/從口工作頻率。

3 軟件整體架構設計

本終端基于linux操作系統做軟件研發，主要做了二部分的工作，PCI接口驅動程序開發，以及基于socket套接字的網絡程序開發。

3.1 PCI接口驅動程序的開發

Linux操作系統下驅動程序的開發原理主要是完成文件結構體中幾個控制函數的編寫，在本終端中主要完成了對PCI接口讀寫操作和控制的函數，依次定義為DVS_PCI write（）、DVS_PCI read（）、DVS_PCI ioctl（）、DVS_PCI request_irq（）。函數DVS_PCI write（）主要完成控制器SL3512對DSP視頻數據的寫入操作。函數DVS_PCI read（）主要完成把SL3512的數據傳遞給視頻處理芯片DSP，完成讀操作。DVS_PCI ioctl（）函數主要完成對DSP芯片總線的控制和寄存器的配置等控制性的命令。DVS_PCI request_irq（）函數的編寫，主要來處理DSP芯片的各種中斷請求。

3.2 基于套接字的網絡程序開發

這一部分的實現是嵌入式視頻監控終端實現傳輸的很重要的一部分，主要原理是基于socket套接字來完成的。Linux操作系統提供了很多函數對套接字進行操作，因此網絡編程就是基于這些函數的，具體的實現流程如下圖1所示。

參考文獻

[1]郭鑫.應用3G網絡的配變監控系統的設計開發[D].山東大學，2010.

[2]吳愛軍.用于智能交通管理的無線視頻監控系統的研究[D].中南大學，2010.endprint